溶胶-凝胶和浸渍法制备的铜催化剂在仲丁醇脱氢反应中的研究

采用溶胶-凝胶和浸渍法制备Cu/SiO2催化剂,研究了不同制备方法对催化剂表面Cu物种的存在状态和其催化性能的影响.采用BET,XRD,EPR和TPR等手段对催化剂进行了表征,结果表明,溶胶-凝胶法可制备高分散铜催化剂,该催化剂中存在孤立的不可还原的Cu2+和可还原的Cu2+簇两种物种.浸渍法制备的催化剂中含有可还原的Cu2+簇物种.反应活性测试结果表明,不可还原的孤立Cu2+呈高分散状态,但其对仲丁醇脱氢反应没有活性;可还原的Cu2+在反应过程中被还原成Cu0,Cu0是反应稳定脱氢的活性中心.

Cu/ZSM-5催化剂的表征及其环己醇脱氢性能

以制备的ZSM-5分子筛为载体,采用浸渍法制备了一系列Cu负载量不同的Cu/ZSM-5催化剂。采用X射线衍射、氢气程序升温还原、吸附氨气程序升温脱附和BET等方法对Cu/ZSM-5催化剂进行了表征,用H2-N2O滴定法测定了Cu金属的比表面积和分散度。以环己醇气相脱氢制备环己酮为探针反应对Cu/ZSM-5催化剂的催化性能进行了评价。实验结果表明,Cu负载量影响Cu物种在载体表面的状态和分布,Cu是环己醇脱氢反应的活性中心,其比表面积、分散度与Cu/ZSM-5催化剂的活性相关,Cu/ZSM-5催化剂的B酸中心与环己醇脱氢反应的选择性相关。Cu质量分数5%的Cu/ZSM-5催化剂上Cu金属的比表面积较大而B酸中心较少,显示出很高的环己醇转化率(58.7%)和较好的环己酮选择性(97.2%)。

碱金属掺杂对Cu/SiO_2催化剂环己醇脱氢的影响

采用浸渍法制备了系列碱金属M(M=Li,Na,K,Cs)掺杂的铜基催化剂,铜担载量为5%(质量分数),Cu∶M=5∶1(摩尔比).借助XRD,BET,H2-TPR,NH3-TPD和CO2-TPD对催化剂进行表征,研究了掺杂催化剂对环己醇脱氢反应的影响.结果表明,碱金属物种的引入改变了催化剂表面氧化铜物种的状态和分布;减少了催化剂表面的酸中心数目,有效抑制了脱水副产物的生成,提高了环己酮的选择性(>99%).Cu-K/SiO2催化剂具有良好的催化活性和脱氢选择性,铜和钾添加物间的相互作用抑制了铜粒径长大,增加了抗烧结能力,提高了催化剂的稳定性.

对二甲苯液相氨氧化制对甲基苯甲腈

以苯甲酸钴为催化剂、溴化铵为助催化剂,对对二甲苯常压液相氨氧化反应一步制备对甲基苯甲腈进行了研究;考察了反应时间、反应温度、助催化剂与催化剂配比、氨气与氧气配比、溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与对二甲苯配比对反应的影响。实验结果表明,在反应温度409K、n(溴化铵)∶n(苯甲酸钴)=0.95、n(DMF)∶n(对二甲苯)=0.200、n(氨气)∶n(氧气)=0.037、反应时间2.0h的适宜条件下,对二甲苯转化率为85.0%(摩尔分数),对甲基苯甲腈的选择性和收率分别为65.0%(摩尔分数)和55.1%(摩尔分数)。

Cu/SiO2催化剂的催化性能

通过改进的溶胶-凝胶技术分别制备了n(Cu):n(SiO2)=1:10、1:6、1:4、1:3和1:2的一系列Cu/SiO2催化剂.采用XRD、H2-TPR、NH3-TPD和BET等物理化学手段对催化剂进行了表征.结果表明,氧化铜在催化剂中都是以均匀、高分散的微小粒子或者簇的形式存在.通过环已醇常压气相脱氢反应考察了催化剂的催化性能.催化剂显示了高的活性和选择性以及很好的稳定性.

仲丁醇在Cu-ZnO-Cr_2O_3/SiO_2催化剂上的脱氢

采用浸渍法制备 Cu-Zn O-Cr2 O3 / Si O2 催化剂 ,考察了反应条件和催化剂的制备条件对仲丁醇脱氢活性和选择性的影响 .借助 XRD,TPD,TPR和 BET等手段对催化剂进行表征 ,结果表明 ,催化剂的焙烧温度、还原温度、还原时间和载体的预处理对仲丁醇的转化率和甲乙酮的选择性均有较大影响 .

不同方法制备的钒基催化剂对异丁烷脱氢性质的影响

通过浸渍、共沉淀、浓缩结晶、水热和水热-流体干燥法制备V-A l-O催化剂,采用XRD,TPR,TPD和ESR等技术对催化剂的表面性质和结构进行表征.结果表明,制备方法影响催化剂表面钒物种的分散、还原能力、表面酸性和结构状态;表面钒物种的分散度和活性位数量是影响异丁烷脱氢活性的主要因素;催化剂表面Lewis酸量是影响异丁烯选择性的主要因素.

耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器拉偏试验研究

CO_2还原是长期载人航天中生命保障系统的关键技术,针对作为CO_2还原系统核心的反应器及其中的催化剂的效率问题,在耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器和Ru/Al2O_3催化剂上,在宽范围的原料气氢碳比(1∶1~5∶1)和流量(2~8 L/min)工况下,进行了Sabatier反应拉偏试验,结果表明:反应的起动温度为150℃,在不同原料气流量和氢碳比下,反应器温度梯度分布合理,贫组分的转化率达到98%以上(氢碳比4∶1除外)。耦合原料气预热的Sabatier固定床反应器结构合理,Ru/Al2O_3催化剂活性高,能够高效处理舱室中2~4人的代谢量。

Sabatier反应器的小型化研究

针对中长期载人航天CO2处理与02循环再生问题,在Sabatier反应热力学分析的基础上,通过优化反应器高低温区的反应温度及进出口温度并预测冷却气体的最佳流量及出口温度,提出了适于载人航天的Sabatier反应流程及基于微化工技术的微反应器设计方案,制造出一套地面Sabatier反应试验样机.在H2/CO2摩尔比为3.5、原料气流量为4.3L/min、高温反应器温度为260-268℃、低温反应器温度为210-235℃的条件下,头现了4500小时稳定运行、耳转化率大于98%、系统压力降小于4kPa的结果,为未来实用微反应器的设计奠定了技术基础.

一步电沉积制备高活性高稳定镍铁合金析氧电催化剂

以镍网为基底,通过一步电沉积方法成功制备出用于碱性水电解的多孔镍铁合金析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)电极。镍铁的沉积伴随强烈的析氢,此条件下构筑出的多级孔结构成为电极用于OER反应时液相中传质与气泡释放的适宜传递通道。在析氧反应中,电流密度为10 mA·cm^(-2)时的过电位仅为210 mV,Tafel斜率为35 mV·dec^(-1),催化活性超过商用的Ir催化剂和许多已报道的镍铁基催化剂。在60℃、30%KOH以及电流密度≥200 mA·cm^(-2)的工况下,电极稳定运行250 h,性能无明显衰减,表现出优异的稳定性。

即将在ISS配装的先进闭环生保系统

先进闭环生保系统（ACLS）是用于封闭式居住舱的再生式生命保障系统，通过可再生处理，提供包括CO2去除、O2生成和CO2还原等生命保障功能。ACLS将安放在“命运”号实验舱，该实验舱可以为ACLS持续运行提供所有接口。NASA系统成熟化团队建议ACLS在国际空间站运行1年，以评估ACLS技术在未来探索任务中的价值。一个在规格、装配关系和功能上与飞行样机类似的工程样机已经完成，该样机用来进行应用过程验证和相关控制软件在飞行样机中应用之前的验证。工程样机正在集成进地面模拟装置的基础结构中，以便为飞行中运行包括维护程序的验证提供保障。ACLS飞行样机已经完成，于2016年底前完成了环境试验，之后进行了关于风险控制验证的安全性试验，以便为2017年4月进行的阶段Ⅲ安全性评估提供支持。本文总结了研制进展和硬件状态，为目前预计在2018年随HTV7货运飞船发射上行的ACLS飞行样机提供支持。除此之外，针对近地轨道及以远的探索空间任务，本文还提出了在研发ACLS型号Ⅱ（Mk-Ⅱ）中可能提高的方面。